Дифракция рентгеновских лучей

Рис. 5.7
Рентгеновские лучи представляют собой ЭМВ с длиной волны λ ≈ 1∙ 10-10 м. Для наблюдения дифракционной картины необходимо, чтобы размеры препятствий были сопоставимы с длиной волны падающего излучения. Искусственное изготовление решеток для рентгеновских лучей путем нанесения алмазным резцом на поверхности стекла штрихов невозможно. В качестве дифракционной решетки для рентгеновских лучей используют монокристаллы – это кристаллы, в которых атомы расположены упорядоченно в узлах кристаллической решетки (рис. 5.7а). Расстояние между слоями такой пространственной решетки называют периодом решетки d. Атомы, расположенные в одной плоскости, отражают часть потока, падающего на него. Поэтому совокупность атомов, лежащих в одной плоскости, является аналогом одномерной дифракционной решетки, а сам кристалл можно рассматривать как двухмерную и трехмерную дифракционную решетку.

Рассмотрим дифракцию рентгеновского излучения при отражении от кристалла. Пусть на кристалл под углом скольжения θ падает рентгеновское излучение с длиной волы λ0. От каждой из плоскостей будет наблюдаться частичное отражение падающего излучения. Лучи 1 и 2 после отражения останутся когерентными, если у них оптическая разность хода не превысит длину когерентности. На линии ОА оптическая разность хода была равна нулю. После линии ОС она не изменяется, поэтому возникшая оптическая разность хода для лучей 1 и 2 будет равна

 

∆ = (АО' - О'С) = 2dsinθ.

 

Условие максимального усиления когерентных волн при дифракции рентгеновских лучей на монокристалле запишем в виде:

 

2dsinθ= mλ0, m= 0, 1, 2, 3, … (формула Вульфа - Брэгга)

Дифракционную картину наблюдают следующим образом. Источник рентгеновского излучения посылает лучи на поверхность кристалла под углом скольжения θ, приемник регистрирует интенсивность отраженного луча (рис. 5.7б). Непрерывно изменяя (сканируя) угол скольжения строят график зависимости интенсивности I отраженного излучения от угла скольжения (рис. 5.7в). На графике углы θ1, θ2, θ3 определяют положение максимумов дифракционной картины.

Рентгенограммы по известной длине волны падающего рентгеновского излучения позволяют определять структуру кристаллов.

 

Лекция 6